Nghiên cứu tính chất của sóng siêu âm truyền trong một số loại thép kĩ thuật

ỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------------------

NGUYỄN XUÂN TUYÊN

NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT CỦA SÓNG SIÊU ÂM
TRUYỀN TRONG MỘT SỐ LOẠI THÉP KĨ THUẬT

LUẬN VĂN T

C SĨ K OA ỌC

Hà Nội - 2017


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
-------------------------

Nguyễn Xuân Tuyên

NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT CỦA SÓNG SIÊU ÂM
TRUYỀN TRONG MỘT SỐ LOẠI THÉP KĨ THUẬT

Chuyên ngành : Vật lý Vô tuyến và iện tử
Mã số

:

60440105

LUẬN VĂN T

C SĨ K OA ỌC

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC : TS. PHẠM VĂN THÀNH

Hà Nội - 2017


Nguy n Xuân Tuyên

LỜI CẢM ƠN
Luận văn này được thực hiện tại Bộ môn Vật lý Vô tuyến – Khoa Vật lý –
Trường ại học Khoa học Tự nhiên – ại học Quốc gia Hà Nội trong chương trình
đào tạo thạc sĩ khoa học của nhà trường, dưới sự hướng dẫn khoa học trực tiếp của
TS. Phạm Văn Thành.
Trước hết, tôi xin gửi lời biết ơn sâu sắc tới TS. Phạm Văn Thành, người
thầy đã trực tiếp hướng dẫn tận tình và tạo mọi điều kiện thuận lợi để tôi có thể
hoàn thành luận văn này.
Tôi cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong Khoa Vật lý, Trường
học Khoa học Tự nhiên,

ại

ại học Quốc Gia Hà Nội và đặc biệt tới các thầy cô ở bộ

môn Vật lý Vô tuyến đã cung cấp cho tôi kiến thức, kỹ năng nghiên cứu khoa học
và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi học tập và hoàn thành luận văn.
Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành tới cô Th.S Lương Th Minh Thúy,

cùng toàn thể gia đình, bạn bè, đ ng nghiệp đã giúp đỡ tôi trong thời gian học tập
cũng như thời gian làm luận văn.
Nghiên cứu này được tài trợ trong đề tài mã số CA
A của Trung tâm hỗ
trợ nghiên cứu Châu Á – ại học Quốc gia Hà Nội và đề tài mã số TN 16 – 06 của
trường ại học Khoa học Tự nhiên, ại học Quốc gia Hà Nội.
Hà Nội, ngày 30 tháng 11 năm 2017
Học viên

Nguyễn Xuân Tuyên

i


Nguy n Xuân Tuyên

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................ i
MỤC LỤC ................................................................................................................. ii
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ................................................................................. iv
NH MỤC ẢNG IỂU ..................................................................................... vi
BẢNG KÝ HIỆU CÁC CHỮ VIẾT TẮT ............................................................ vii
MỞ ĐẦU ....................................................................................................................1
CHƢƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ KIỂM TRA KHÔNG PHÁ HỦY....................3
1.1.

Giới thiệu kiểm tra không phá hủy[2,5]. ............................................................................ 3

1.2.

Các phương pháp kiểm tra không phá hủy[5] .................................................................... 4

CHƢƠNG 2 : CƠ SỞ L THU ẾT KIỂM TR KH NG PH HỦ
ẰNG
PHƢƠNG PH P SI U M ...................................................................................13
2.1.

Lý thuyết cơ bản[3,5] ...................................................................................13

2.2. Các dạng sóng[2,3,11] .................................................................................14
2.3. Các đại lượng đặc trưng cho trường âm[3] ..................................................16
2.4.

nh luật Hooke[1,3,4] ................................................................................18

2.5. Ứng suất trượt G[1,3,4] ................................................................................19
2.6. Hệ số Poisson[1,3,4] ....................................................................................21
2.7. Ứng suất Young E[1,3,4] ............................................................................22
2.8. Ứng suất khối K[1,3,4] ...............................................................................23
2.9. Hệ số phản xạ và truyền qua[3] ...................................................................23
2.10. Sự truyền âm trong môi trường thực[3]. ......................................................25
2.11. Ảnh hướng của quá trình nhiệt lên quá trình truyền âm[3,17]. ...................27
CHƢƠNG 3 : PHƢƠNG PH P THỰC NGHIỆM .............................................28
3.1. Chất tiếp âm [12,14].....................................................................................28
3.2.

ầu dò siêu âm[2,3] .....................................................................................28

3.3. Thiết b siêu âm kiểm tra không phá hủy AN
X và một số biến tử

siêu âm được d ng trong đo đạc .......................................................................30
3.4. Lý thuyết cơ bản của sóng siêu âm truyền trong môi trường đàn h i ph
thuộc vào nhiệt độ
..............................................................................................32
CHƢƠNG 4 : KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ........................................................36

ii


Nguy n Xuân Tuyên

4.1. Tính chất sóng siêu âm truyền trong dầu nhờn xe máy Shell Advance AX
36
4.2. Tính chất sóng siêu âm truyền trong một số loại th p kĩ thuật ...................39
4.3. Khảo sát, kiểm tra đánh giá mối hàn b ng s ng siêu âm d ng phương pháp
xung dội ................................................................................................................48
KẾT LUẬN ..............................................................................................................51
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................53

iii


Nguy n Xuân Tuyên

NH MỤC C C HÌNH VẼ
ình

Phương pháp kiểm tra thủy tĩnh .................................................................4

ình

Phương pháp kiểm tra thủy tĩnh trong ống dài ..........................................5

ình

Phương pháp kiểm tra bức xạ ....................................................................6

ình

Phương pháp kiểm tra th m thấu ...............................................................8

ình

Phương pháp kiểm tra bột t ......................................................................9

ình

Phương pháp kiểm tra siêu âm xung dội ..................................................11

ình

S ng ngang a , S ng dọc b

ình

Phương truyền s ng theo phương x ..........................................................15

ình

Mức cường độ âm ....................................................................................17

ình

nh luật ooke .......................................................................................18

ình

Xác đ nh vận tốc s ng dọc .......................................................................18

ình

Quy luật hấp th s ng âm ........................................................................20

ình

Vật liệu n n ..............................................................................................21

ình

nh luật Snell .........................................................................................24

ình

Ảnh hưởng quá trình nhiệt lên quá trình truyền âm .................................27

ình

ầu d ......................................................................................................28

ình

Cấu tạo đầu d siêu âm ............................................................................29

ình

ình ảnh một số đầu d ...........................................................................29

ình
ình

Thiết b AN
a

[26]

...............................................................15

X ..............................................................................32

iến tử siêu âm Olympus C

-SU tần số trung tâm

M z truyền

âm th ng và b biến tử siêu âm ch o sử d ng để đo vận tốc truyền âm ngang 32
ình

Phương pháp đo vận tốc s ng siêu âm xung dội và hệ số hấp th .........33

ình

Sơ đ hệ đo khảo sát chất tiếp âm ............................................................36

ình

ầu nhờn xe máy .....................................................................................36

ình

a

iá tr vận tốc siêu âm, b hệ số hấp th , c ứng suất khối của dầu

nhờn xe máy Shell Advance AX ph thuộc vào nhiệt độ ...............................38
ình

Sơ đ hệ đo s ng dọc và s ng ngang ........................................................39

ình

Th nghiệm đo s ng dọc và s ng ngang...................................................39

iv


Nguy n Xuân Tuyên

ình

Các loại mẫu th p .....................................................................................40

ình

Vận tốc s ng siêu âm dọc a , vận tốc s ng siêu âm ngang b và trở

kháng âm c của các mẫu th p khi nhiệt độ thay đ i ........................................44
ình

ệ số Poisson a , ứng suất n n Young b , ứng suất trượt

c , ứng suất

khối K d của các loại th p khi nhiệt độ thay đ i .............................................46
ình

ệ số hấp th

a của các mẫu th p khi nhiệt độ thay đ i ......................47

ình

Mẫu th p được hàn với cường độ d ng điện khác nhau,

A a,

120A (b), I = 135A (c)........................................................................................48
ình

Lắp đặt th nghiệm hệ đo .......................................................................48

ình

Vận tốc siêu âm truyền qua trong các mẫu th p với cường độ d ng điện

khác nhau ph thuộc vào v tr trên mối hàn ......................................................49
ình

Xung phản h i dự đoán không c khuyến tật ........................................49

ình

Xung phản h i dự đoán c khuyến tật ...................................................49

v


Nguy n Xuân Tuyên

NH MỤC ẢNG IỂU
ảng

Thông số kỹ thuật của thiết b AN

X .............................................30

ảng

T nh chất cơ bản của chất tiếp âm .............................................................37

ảng

ảng số liệu tốc độ truyền âm, hệ số hấp th của dầu nhờn xe máy .........37

ảng

Thành phần h a học của th p A S

ảng

Thành phần h a học của th p

ảng

Thành phần h a học của th p S

ảng

Thành phần h a học của th p SCM

.....................................................42

ảng

Thành phần h a học của th p SCR

......................................................42

..................................................41

Cr ...........................................................41
C ..........................................................41

ảng

ệ số ph thuộc vào nhiệt độ ước t nh b ng cách nối tuyến t nh .............45

ảng

Hệ số ph thuộc nhiệt độ của tỷ số Poisson υ, suất Young E, suất trượt
, suất khối K ước tính b ng cách nối tuyến tính ..............................................47

ảng

Tốc độ s ng siêu âm truyền trong mối hàn .............................................48

vi


Nguy n Xuân Tuyên

BẢNG KÝ HIỆU CÁC CHỮ VIẾT TẮT
NDT : Non-Destructive Testing
NDE : Non-Destructive Evaluation
NDI : Non-Destructive Inspection
Cl : Longitudinal wave
Ct : Shear wave

vii

Nguy n Xuân Tuyên

MỞ ĐẦU
Hiện nay ở trên thế giới cũng như trong nước, phương pháp kiểm tra không
phá hủy (Non-Destructive Testing đ ng một vai trò quan trọng trong kiểm tra chất
lượng sản ph m công nghiệp, phương pháp này đã được ứng d ng rộng rãi trong
các ngành công nghiệp cơ kh chế tạo máy, xây dựng, chế tạo tàu thủy, hàng không,
… Các phương pháp kiểm tra không phá hủy được d ng để phát hiện các khuyết tật
n m sâu bên trong chiều dày kết cấu bên trên bề mặt hoặc lớp dưới bề mặt. C các
phương pháp kiểm tra không phá hủy chủ yếu như kiểm tra b ng th giác và quang
học (visual test), kiểm tra b ng chất lỏng th m thấu hay thấm màu (penetrant test),
kiểm tra b ng bột t (magnetic particle test , d ng xoáy điện (eddy cerent test),
ch p ảnh bức xạ hay còn gọi là ch p phim (radiographic test), siêu âm kiểm tra
(ultrasonic test), kiểm tra b ng truyền âm (acoustic emission testing), kiểm tra rò rỉ
(leak testing) …… Ngoài ra c nh m phương pháp đặc biệt như phương pháp kỹ
thuật vi sóng, bức xạ âm… Trong đ , phương pháp siêu âm xung dội (Pulse-echo
Ultrasonic Testing) có nhiều ưu việt và ph biến. Ưu điểm của phương pháp này là
có thể phát hiện các khuyết tật nhỏ, với độ chính xác cao trong việc xác đ nh v trí
và k ch thước khuyết tật cũng như chiều dày vật liệu và chỉ cần tiếp xúc t một phía
của mẫu vật khảo sát
Nguyên l của phương pháp siêu âm xung dội là chùm tia siêu âm được phát
bởi biến tử siêu âm truyền vào bên trong mẫu vật khi gặp bề mặt không liên t c bên
trong mẫu vật vết nứt, khuyến tật,… s ng siêu âm s b phản xạ trở lại, các s ng
phản xạ này sau đ được nhận và chuyển đ i trở lại thành t n hiệu điện bởi biến tử
siêu âm. Trên cơ sở ghi và phân tích các s ng phản xạ này, chúng ta có thể xác đ nh
được chiều dày kim loại cũng như độ lớn và v trí các khuyết tật bên trong kim loại.
Trên cơ sở đ , tôi chọn đề tài “Nghiên cứu tính chất của sóng siêu âm truyền
trong một số loại thép kỹ thuật” được khảo sát ở vùng có nhiệt độ khác nhau và
khảo sát vận tốc truyền sóng siêu âm trong một số loại th p với m c đ ch nâng cao

hơn n a độ ch nh xác của ph p đo

1


Nguy n Xuân Tuyên

Luận văn bao g m các phần như sau:
Mở đầu
Chương
Chương

T ng quan về kiểm tra không phá hủy
Cơ sở lý thuyết kiểm tra không phá hủy b ng phương

pháp siêu âm
Chương

Phương pháp thực nghiệm

Chương V Kết quả và thảo luận
Kết luận
Do thời gian thực hiện còn hạn chế, có nhiều kh khăn về trang thiết b , tài
liệu. Luận văn chắc chắn không tránh khỏi nh ng thiếu sót và hạn chế, rất mong
nhận được sự đ ng g p ý kiến và chỉ bảo của quý thầy cô và bạn đọc.

2


Nguy n Xuân Tuyên

CHƢƠNG 1 : TỔNG QU N VỀ KIỂM TR KH NG PH HỦ
1.1. Giới thiệu kiểm tra không phá hủy[2,5].
Kiểm tra không phá hủy (Non - Destructive Testing-NDT) bao g m các phương
pháp d ng để thử nghiệm, kiểm tra, đánh giá và ch n đoán kỹ thuật các sản ph m,
công trình công nghiệp mà không làm t n hại đến khả năng sử d ng của các mẫu
vật M c đ ch của các phương pháp này là:
Kiểm tra phát hiện các khuyết tật bên trong hoặc ở bề mặt vật kiểm mà không
làm t n hại đến khả năng sử d ng của chúng.
Kiểm tra không phá hủy g m rất nhiều phương pháp khác nhau, thường được
chia thành hai nhóm chính theo khả năng phát hiện khuyết tật của chúng.
Các phương pháp c khả năng phát hiện các khuyết tật n m sâu bên trong (và
trên bề mặt) của đối tượng kiểm tra g m:


Phương pháp ch p ảnh phóng xạ (Radiographic Testing-RT)



Phương pháp kiểm tra siêu âm (Ultrasonic Testing-UT)

Các phương pháp c khả năng phát hiện các khuyết tật bề mặt, gần bề mặt g m


Phương pháp kiểm tra th m thấu chất lỏng (liquid Penetrant Testing-PT)



Phương pháp kiểm tra bột t (Magnetic Particle Testing-MT)



Phương pháp kiểm tra dòng xoáy (Eddy Current Testing-ET)

Ưu điểm các phương pháp kiểm tra không phá hủy (NDT) so với các phương
pháp phá hủy:


NDT không làm ảnh hưởng đến khả năng sử d ng của vật kiểm tra.



NDT có thể kiểm tra 100% vật kiểm và đảm bảo sản ph m đạt chất lượng.

Tuy nhiên N T chỉ cho được các kết quả gián tiếp thông qua so sánh với mẫu
chu n Trong khi đ , các phương pháp phá hủy lại c ưu điểm là cho kết quả trực
tiếp.
Trong chế tạo, khi áp d ng kiểm tra không phá hủy, chúng ta có thể dễ dàng
phát hiện nh ng khuyết tật, t đ c thể loại bỏ các sản ph m, giúp tiết kiệm chi
phí, sửa ch a khắc ph c sai sót.

3


Nguy n Xuân Tuyên

Kiểm tra không phá hủy cũng được sử d ng rộng rãi để đánh giá độ toàn vẹn
của các sản ph m, công trình công nghiệp đang hoạt động. Nhờ sớm phát hiện
được các hỏng hóc, k p thời thay thế khắc ph c, t đ c thể tiết kiệm được chi phí
sửa ch a, tránh được các thảm họa có thể xảy ra.

NDT còn là công c quan trọng trong nghiên cứu chế tạo vật liệu mới, tối ưu
hóa các quy trình, quy trình hàn thông quá các thử nghiệm, phát hiện các sai sót
trong thiết kế, vật liệu, sản ph m. Có thể nói, NDT là công c quan trọng để giảm
giá thành, nâng cao sức cạnh tranh của các doanh nghiệp chế tạo, sản xuất.
1.2. Các phƣơng pháp kiểm tra không phá hủy[5]
1.2.1 Phƣơng pháp kiểm tra thủy tĩnh
Phương pháp kiểm tra thủy tĩnh là phương pháp phát hiện các mối r , nứt trên
các b n, bình chứa ch u áp lực hoặc các hệ thống dẫn dầu, kh hoặc nước.

ây là

phương pháp ph biến nhất để kiểm tra các đường ống và các loại bình chứa
Kiểm tra này rất quan trọng vì nếu c sai s t trong sản xuất gây r rỉ hoặc lỗi
c thể phát n gây thiệt hại lớn về người cũng như tài sản.

H nh 1 1 : Phƣơng pháp kiể

4

t

thủy tĩnh


Nguy n Xuân Tuyên

Áp suất cung cấp thử nghiệm luôn cao hơn áp suất vận hành thực tế của thiết
b áp suất này thường được coi là tiêu chu n an toàn và n thường cao hơn áp suất
vận hành

% đến

% t y thuộc vào các quy đ nh an toàn khi kiểm tra. Trong

phương pháp này, nước cung cấp cho quá trình kiểm tra thường được nhuộm để dễ
kiểm tra b ng mắt thường và được đưa vào với áp suất cao để đảm bảo vật chứa
không b r rỉ, hư hỏng Nước thường được sử d ng do nước gần như không b co
lại dưới áp suất cao. Sử d ng nước làm vật liệu kiểm tra thủy tĩnh khá an toàn và
mất t năng lượng hơn rất nhiều so với sử d ng khí nén. Áp suất trong bình tăng
thêm 25Psi khi thêm một giọt nước, trong khi đ để tăng một lượng áp suất tương
tự chúng ta s phải cung cấp một lượng kh lớn.
Kiểm tra thủy tĩnh đường ống rất quan trọng nh m xác đ nh hệ thống c thể
hoạt động tốt với áp suất thực tế. Thường các hệ thông ống dẫn yêu cầu áp suất
kiểm tra lên đến

% so với áp suất vận hành tối đa trên bất kì đoạn nào của hệ

thống đường ống.

H nh 1 2 : Phƣơng pháp kiể

t

thủy tĩnh t ng ống

i

Tại các quốc gia đều c các bộ luật yêu cầu việc kiểm tra đ nh kỳ cho các hệ
thống bình chứa kh n n. V d
nén áp suất cao. Kiểm tra

đến

kiểm tra

năm một lần đối với các bình chứa kh

năm một lần đối với các bình chứa áp suất thấp.

5


Nguy n Xuân Tuyên

Các bình chứa không đạt kết quả kiểm tra thường b phá hủy để tránh sử d ng lại vì
c thể gây nguy hiểm khi sử d ng.
1.2.2 Phƣơng pháp kiểm tra mối hàn bằng bức xạ.

H nh 1 3 : Phƣơng pháp kiể

t

ức ạ

Kiểm tra b ng bức xạ là phương pháp sử d ng bức xạ tia X hoặc tia gamma với
khả năng xuyên thấu đủ lớn được chiếu qua toàn bộ chiều dày vật mẫu cần kiểm tra.
Một phần bức xạ b hấp th , một phần bức xạ s đi qua mẫu vật, lượng hấp th và
lượng đi qua được xác đ nh theo chiều dày của vật mẫu. Khi gặp khuyết tật bên
trong, chiều dày hấp th bức xạ s giảm và phản ánh nên hình ảnh b ng được gọi là
ảnh bức xạ.

Các ngu n bức xạ thông d ng được sử d ng g m


ức xạ đâm xuyên c thể được phát ra t các ch m tia điện tử năng lượng
cao – tia X.



oặc sự phân rã hạt nhân phân hạch nguyên tử) - tia gamma.

 Các dạng bức xạ khác rất t được sử d ng để kiểm tra hàn.
Các

i c thể phát hiện ằng phƣơng pháp kiể



Không gian rỗng do co ng t khi đông cứng

6

t

ức ạ:


Nguy n Xuân Tuyên



Rỗ khí



Nứt



Cháy cạnh



Kênh khí



Bọc xỉ



Lỗi không liên kết



Bọc táp chất rắn



Hàn không thấu không xuyên qua đầy đủ)



Lỗi về hình dạng hình học



Bắn tóe hàn

Ƣu điể

ng hoặc Wolfram)

củ phƣơng pháp:



Kiểm tra chiếu tia có thể thực hiện với bất cứ loại vật liệu nào



Là phương pháp kiểm tra rất đúng độ tin cậy cao) và có khả năng tái tạo, sao
chép lại.



Có thể lưu tr h sơ hình ảnh lâu dài trong các điều kiện bảo quản nhất đ nh.

Nhƣợc điể


củ phƣơng pháp:

Tất cả các trang thiết b phải được cơ quan c thầm quyền cấp phép và chấp
nhận.



Tia phóng xạ cần thiết phải ngăn chặn ở không gian rộng.



Chỉ được phép bố trí kiểm tra khi tuân thủ nghiêm ngặt điều kiện an toàn
phóng xạ cho con người.



Khi chiếu tia với độ dày thành lớn cần thời gian chiếu tia kéo dài.



Là phương pháp kiểm tra phức tạp.



Gặp khó khăn khi đối tượng kiểm tra có chiều dày thành khác nhau.

7


Nguy n Xuân Tuyên

1.2.3 Kiểm tra mối hàn bằng chất lỏng thẩm thấu

H nh 1 4 : Phƣơng pháp kiể

t

thẩ

thấu

Kiểm tra b ng chất lỏng th m thấu là phương pháp sử d ng các chất lỏng có
t nh th m thấu cao.

o lực mao dẫn của chất lỏng với thành rắn, chất lỏng kiểm tra

được phủ lên bề mặt vật kiểm tra s thâm nhập ngấm vào các v ng khuyết tật trên
bề mặt và vẫn c n lại khi loại bỏ phần chất lỏng c n dư.
C thể chia làm phương pháp kiểm tra cơ bản
- Kiểm tra b ng chất phát quang.
- Kiểm tra b ng chất nhuộm màu.
Các

i c khả năng phát hiện:



Rỗ khí bề mặt



Nứt thông với bề mặt



Cháy cạnh



V trí châm h quang

Ƣu điể



củ phƣơng pháp :
ơn giản, nhanh và chi phi thấp.

Áp d ng hầu như ở tất cả các vật liệu và chi tiết.

Nhƣợc điể

củ phƣơng pháp :



Chỉ có thể chứng minh được các bất bình thường mở ra bề mặt.



Các bề mặt phải được làm sạch không có các lớp phủ ví d như dầu, mỡ,
lớp sơn phủ, gỉ, xỉ cháy v.v..

Các điều kiện tiến h nh kiể



tra :

ạt được sự tiếp cận một phía.
Bề mặt phải không có các lớp phủ, khô không có dầu mỡ.

8


Nguy n Xuân Tuyên




Bề mặt kiểm tra kim loại phải sáng.
ể đạt được khả năng kiểm tra cao nhất bề mặt phải t được sửa ch a hay
ch u tác động cơ học.



Nhiệt độ kiểm tra thông thường t 100C – 500C, trong các trường hợp khác
phải sử d ng hệ thống chất kiểm tra đặc biệt.



Vật liệu của đối tượng kiểm tra không rỗ xốp, và không b hư hỏng bởi các
chất hóa học.



Khi tiến hành kiểm tra b ng chất thâm nhập màu, cường độ chiều sáng khi
đánh giá phải lớn hơn



lux.

Khi tiến hành kiểm tra b ng chất thâm nhập phát quang, tiến hành đánh giá
b ng đèn cực tím và trong bu ng tối.

1.2.4 Kiểm tra ằng phƣơng pháp bột từ tính
Phương pháp kiểm tra b ng t tính (kiểm tra bột t

được áp d ng cho các

vật liệu t tính có thể phát hiện các rạn nứt bề mặt dù rất nhỏ, các khuyết tật ở dưới
bề mặt, các khuyết tật có thể phát hiện bao g m: rạn nứt bề mặt ở mối hàn và vùng
ảnh hưởng nhiệt, sự nóng chảy không đủ, các rạn nứt ph a dưới bề mặt, rỗ xốp lẫn
xỉ và độ ngấm mối hàn không đầy đủ.

H nh 1 5 : Phƣơng pháp kiể

t

ột từ

Kiểm tra bột t được phân biệt qua hai phương pháp theo dạng chất kiểm tra
là bột t , đ là:


Kiểm tra ánh sáng ban ngày hoặc có ngu n sáng với cường độ sáng > 500
lux (Kiểm tra tương phản – en/ Trắng)

9


Nguy n Xuân Tuyên



Kiểm tra bột t phát quang dưới ánh sáng đèn cực tím – UV trong khi vực
được che tối)
Trong cả hai phương pháp một vật liệu c t nh chất t

v d th p các bon

phải được t h a đầy đủ. Phương pháp này s hình thành các đường sức t đ ng
đều và chảy song song đối với bề mặt qua chi tiết d ng chảy lực của t trường .
Ở các v tr tách vật liệu/ bất bình thường, n m trên bề mặt hoặc gần bề mặt
và cắt ngang d ng chảy t trường thì xuất hiện t thông phân tán ra bên ngoài bề
mặt d ng t ảo .
Khu vực này c thể tạo ra khả năng nhìn thấy b ng bột t với chất kiểm tra
bột t ph hợp
Ƣu điể

củ phƣơng pháp :



Phương pháp kiểm tra tương đối đơn giản, nhanh và chi phí phù hợp.



Có thể chứng minh rõ ràng các bất bình thường rất nhỏ và m n độ nhạy cảm
cao).



Tìm được các bất bình thường n m sâu dưới bề mặt tới 1 mm.



Phương pháp rất hiệu quả để kiểm tra các mối hàn góc trong chế tạo thép.

Nhƣợc điể

củ phƣơng pháp :



Nhiều trang thiết b .



Cần một ngu n d ng.



Bề mặt phải làm sạch không dầu, mỡ, gỉ, các lớp sơn dày và lớp cắt cháy.



Không thể chứng minh các lỗi với chiều sâu hơn mm bên trong chi tiết.

Các điều kiện tiến h nh kiể

t

:



Vật kiểm tra phải là chất t tính (có khả năng dẫn t , độ t th m mR > 300.



Phải đạt được sự tiếp cận một phía.



Bề mặt phải khô, không có dầu, mỡ, nước và b n gỉ.



Nhiệt độ kiểm tra trong các điều kiện đặc biệt tới 300oC.



Các lớp phủ không được dày quá 150 mm.



ối tượng kiểm tra phải được t hóa.

10


Nguy n Xuân Tuyên

1.2.5 Kiểm tra mối hàn bằng phƣơng pháp siêu âm ung ội

H nh 1 6 : Phƣơng pháp kiể

t

i u

ung ội

Phương pháp kiểm tra siêu âm sử d ng ch m s ng siêu âm được phát ra bởi
biến tử siêu âm truyền vào vật liệu cần kiểm tra. Chùm siêu âm đi qua môi trường
đ ng nhất theo đường th ng cho đến khi gặp mặt biên không liên t c hình thành do
vết nứt hoặc sai hỏng, tại mặt biên này một phần s ng siêu âm phản xạ trở lại.

o

các đặc trưng của s ng siêu âm phản h i sau khi truyền s biết được các khuyết tật
hàn trong vật mẫu.
Trong kỹ thuật siêu âm c nhiều kỹ thuật khác nhau c thể được ứng d ng
như:


Kỹ thuật xung - tiếng dội.



Kỹ thuật dẫn siêu âm.



Kỹ thuật cộng hưởng âm.

Các khuyết tật h n c thể phát hiện


Nứt



Lỗi không liên kết



Hàn không thấu hàn xuyên qua không đầy đủ)



Không gian rỗng được hình thành khi đông cứng



Không gian rỗng



Cháy cạnh



Lệch cạnh



Lỗi lớp chân trong mối hàn

11


Nguy n Xuân Tuyên

Ƣu điể

củ phƣơng pháp :



Chứng minh tất cả các dạng của các bất bình thường.



Có khả năng kiểm tra tất cả các vật liệu b ng siêu âm.



Kết quả kiểm tra, h sơ/văn bản d liệu kiểm tra có thể số hóa.



Sử d ng ở tất cả các ngành công nghiệp.



Có khả năng áp d ng kiểm tra các hệ thống trên không trung.

Nhƣợc điể


củ phƣơng pháp :

òi hỏi rất nhiều về kinh nghiệm và kỹ năng chuyên môn của người tiến
hành kiểm tra.



Chỉ kiểm tra được các vật liệu đàn h i



C chi ph khá cao

12


Nguy n Xuân Tuyên

CHƢƠNG 2 : CƠ SỞ L THU ẾT KIỂM TR KH NG PH HỦ

ẰNG

PHƢƠNG PH P SI U M
2.1. Lý thuyết cơ ản[3,5]
Sóng âm là nh ng dao động cơ học truyền qua môi trường đàn h i, có thể ở
thể rắn, thể lỏng hoặc thể khí. Nh ng sóng này truyền trong mỗi môi trường cho
trước với vận tốc riêng, theo hướng có thể dự đoán được, và truyền qua theo các
nguyên tắc đơn giản.
Tất cả các s ng âm dao động với tần số riêng biệt, hoặc là số các dao động
hay chu kỳ trong một giây. Con người có thể nghe được các âm thanh có tần số cao
nhất khoảng 20 KHz, trong khi phần lớn các ứng d ng về phát hiện khuyết tật được
thực hiện với tần số n m trong dải 500 K z đến 10 MHz. Ở các tần số trong dải
M z, năng lượng âm không truyền được tốt qua không khí hoặc các khí ga khác,
nhưng n truyền hiệu quả qua phần lớn các chất lỏng và các vật liệu kỹ thuật thông
thường. Một số thông số của s ng âm bao g m:
Vận tốc: Vận tốc của s ng âm thay đ i ph thuộc vào môi trường mà nó
truyền qua, ảnh hưởng bởi mật độ và tính chất đàn h i của môi trường. Các dạng

sóng khác nhau s truyền với tốc độ khác nhau.
ƣớc sóng: Bất cứ s ng nào cũng đều c bước s ng, được hiểu là khoảng
cách gi a hai điểm tương ứng bất kỳ trong chu kỳ sóng khi nó truyền qua môi
trường thông qua biểu thức sau:
(2.1)
Trong đ
c : vận tốc âm
f: tần số
λ bước sóng
ước sóng là hệ số giới hạn kiểm soát lượng thông tin thu nhận được t
sóng. Trong kỹ thuật d ng siêu âm để phát hiện khuyết tật, thông thường giới hạn
dưới của khuyết tật nhỏ được chấp nhận là một nửa bước sóng. Nhỏ hơn n a s

13


Nguy n Xuân Tuyên

không phát hiện được. Trong kỹ thuật đo chiều dày b ng siêu âm, về lý thuyết
chiều dày nhỏ nhất có thể đo được là một bước sóng.
2.2. Các dạng sóng[2,3,11]
Các sóng truyền trong chất rắn có thể t n tại ở các dạng s ng khác nhau được
đ nh nghĩa b ng dạng chuyển động liên quan. Sóng dọc và sóng ngang là nh ng
dạng được sử d ng nhiều nhất trong kỹ thuật phát hiện khuyết tật b ng siêu âm.
Sóng bề mặt (sóng Rayleigh) và sóng dạng tấm (sóng Lamb) cũng được sử d ng.
Phương trình chuyển động của s ng được thể hiện như phương trình:
(2.2)
Trong đ
: Khối lượng riêng
tenxơ biến dạng

tenxơ sức căng
Thay

(

)

(

)

Ta có
̅
(

)

̅

(

)(

)

⃗

(2.3)

Nếu vectơ d ch chuyển U chỉ ph thuộc vào thời gian và một trong các tọa độ

(x ch ng hạn , khi đ ta c s ng là s ng ph ng đàn h i, viết theo công thức thành
phần:

(2.4)
{

14


Nguy n Xuân Tuyên

Với Cl và Ct là vận tốc s ng dọc và s ng ngang được t nh bởi công thức sau
√

(

)

(

(2.5)

)(

√

(

(2.6)

)

T các phương trình trên, ta thấy nghiệm của chúng có dạng:
*

(

) +

*

(

(2.7)

) +

Như vậy ta có 2 loại truyền sóng với tốc độ khác nhau Cl , Ct theo phương x,
với tần số ω.

H nh 2 1: S ng ng ng

S ng ọc

[26]

Sóng dọc biến dạng theo phương x, s ng truyền theo phương x:
Ux
O
x

H nh 2 2: Phƣơng t uyền

ng the phƣơng

Sự thay đ i tương đối vectơ d ch chuyển (biến dạng nén dãn vật) khác không,
o đ , sóng dọc hay còn gọi là s ng n n được đặc trưng bởi sự dao động của các
hạt c ng hướng với phương truyền sóng. S ng âm nghe được t n tại như s ng dọc

15


Nguy n Xuân Tuyên

(2.8)

⃗

Sóng ngang là sóng biến dạng theo phương y hoặc z, sóng truyền theo phương
x vuông góc với phương biến dạng dao động hạt).
S ng ngang không gây n n dãn không làm thay đ i thể tích) mà chỉ làm méo
vật ( hình ch nhật thành hình hộp xiên ch ng hạn).
(2.9)
2.3. Các đại ƣợng đặc t ƣng ch t ƣờng âm[3]
Biên độ dao động hạt. Nghiệm của phương trình s ng c dạng:
(

A

)

(

)

(2.10)

iên độ dao động, xác đ nh theo điều kiện ban đầu.

Vận tốc dao động hạt:
̇

(2.11)

Như vậy vận tốc dao động tăng lên

lần và lệch pha là

Độ biến dạng tương đối
(2.12)
C: vận tốc truyền âm
Biên độ d ch chuyển của hạt rất nhỏ so với bước sóng.
Sức căng:
(2.13)
Sức căng này gây nên âm áp – Âm áp P càng lớn khi suất Young E càng lớn
Gia tốc hạt:
̇

(2.14)
̇

Gia tốc hạt ph thuộc rất nhiều vào tần số (bậc 2)

16